eq \(\s\up7(),\s\d5(整體設(shè)計))


教學(xué)目標(biāo)


(一)知識與技能


1．理解電阻定律和電阻率，能利用電阻定律進(jìn)行有關(guān)的分析和計算。


2．了解電阻率與溫度的關(guān)系。


(二)過程與方法


用控制變量法，探究導(dǎo)體電阻的決定因素，培養(yǎng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)抽象概括出物理規(guī)律的能力。


(三)情感、態(tài)度與價值觀


通過實(shí)驗(yàn)探究，體會學(xué)習(xí)的快樂。


教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)


重點(diǎn)：電阻定律及利用電阻定律分析、解決有關(guān)的實(shí)際問題。


難點(diǎn)：利用實(shí)驗(yàn)，抽象概括出電阻定律。


教學(xué)方法


探究、講授、討論、練習(xí)。


教學(xué)手段


實(shí)物投影儀、電流表、電壓表、滑動變阻器、學(xué)生電源、電鍵、導(dǎo)線若干、實(shí)驗(yàn)所需合金導(dǎo)線、日光燈燈絲、歐姆表、酒精燈、熱敏電阻、光敏電阻、手電筒。


eq \(\s\up7(),\s\d5(教學(xué)過程))


導(dǎo)入新課


教師：同學(xué)們在初中學(xué)過，電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，導(dǎo)體電阻的大小決定于哪些因素？其定性關(guān)系是什么？


學(xué)生：導(dǎo)體電阻的大小決定于導(dǎo)體的長度、橫截面積和材料。同種材料制成的導(dǎo)體，長度越長，橫截面積越小，電阻越大。


教師：同學(xué)們在初中已經(jīng)知道了導(dǎo)體的電阻與材料、長度、橫截面積的定性關(guān)系，這節(jié)課讓我們用實(shí)驗(yàn)定量地研究這個問題。


推進(jìn)新課


1．電阻定律


教師：(多媒體展示)介紹固定在膠木板上的四根合金導(dǎo)線L1、L2、L3、L4的特點(diǎn)。


(1)L1、L2為橫截面積相同、材料相同而長度不同的合金導(dǎo)線(鎳鉻絲)；


(2)L2、L3為長度相同，材料相同但橫截面積不同的合金導(dǎo)線(鎳鉻絲)；


(3)L3、L4為長度相同、橫截面積相同但材料不同的合金導(dǎo)線(L3為鎳鉻絲，L4為康銅絲)。


演示實(shí)驗(yàn)：按下圖連接成電路。





(1)研究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度的關(guān)系


教師：將與A、B連接的導(dǎo)線分別接在L1、L2兩端，調(diào)節(jié)變阻器R，保持導(dǎo)線兩端的電壓相同，并測出電流。比較通過L1、L2電流的不同，得出導(dǎo)線電阻與導(dǎo)線長度的關(guān)系。


學(xué)生：從實(shí)驗(yàn)知道，電流與導(dǎo)線的長度成反比，表明導(dǎo)線的電阻與導(dǎo)線的長度成正比。


(2)研究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系


教師：將與A、B連接的導(dǎo)線分別接在L2、L3兩端，調(diào)節(jié)變阻器R，保持導(dǎo)線兩端的電壓相同，并測出電流。比較通過L2、L3電流的不同，得出導(dǎo)線電阻與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系。


學(xué)生：從實(shí)驗(yàn)知道，電流與導(dǎo)線的橫截面積成正比，表明導(dǎo)線的電阻與導(dǎo)線的橫截面積成反比。


(3)研究導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體材料的關(guān)系


教師：將與A、B連接的導(dǎo)線分別接在L3、L4兩端，重做以上實(shí)驗(yàn)。


學(xué)生：從實(shí)驗(yàn)知道，電流與導(dǎo)體的材料有關(guān)，表明導(dǎo)線的電阻與材料的性質(zhì)有關(guān)。


師生共同活動：小結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，得出電阻定律。


電阻定律：


(1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體的電阻R跟它的長度L成正比，跟它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)。


(2)數(shù)學(xué)表達(dá)式：R＝ρeq \f(L,S)


教師指出：式中ρ是比例常數(shù)，它與導(dǎo)體的材料有關(guān)，是一個反映材料導(dǎo)電性能的物理量，稱為材料的電阻率。


電阻率ρ：


(1)電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量。


(2)單位：歐·米(Ω·m)


【投影1】幾種導(dǎo)體材料在20 ℃時的電阻率











錳銅合金：85%銅，3%鎳，12%錳。


鎳銅合金：54%銅，46%鎳。


鎳鉻合金：67.5%鎳，15%鉻，16%鐵，1.5%錳。


學(xué)生思考：


(1)純凈金屬與合金哪種材料的電阻率大？


(2)制造輸電電纜和線繞電阻時，怎樣選擇材料的電阻率？


[參考解答]


(1)從表中可以看出，合金的電阻率大。


(2)制造輸電電纜時應(yīng)選用電阻率小的鋁或銅來制做。制造線繞電阻時應(yīng)選用電阻率大的合金來制作。


2．電阻率與溫度的關(guān)系


演示實(shí)驗(yàn)：將日光燈燈絲(額定功率為8 W)與演示用歐姆表調(diào)零后連接成下圖電路，觀察用酒精燈加熱燈絲前后，歐姆表示數(shù)的變化情況。





學(xué)生總結(jié)：當(dāng)溫度升高時，歐姆表的示數(shù)變大，表明金屬燈絲的電阻增大，從而可以得出：金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大。


教師：介紹電阻溫度計的主要構(gòu)造、工作原理。如圖所示。


金屬電阻溫度計











學(xué)生思考：錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小，怎樣利用它們的這種性質(zhì)？


參考解答：利用它們的這種性質(zhì)，常用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。


課堂總結(jié)與點(diǎn)評


通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，主要學(xué)習(xí)了以下幾個問題：


1．電阻定律R＝ρeq \f(L,S)


2．電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量。材料的電阻率隨溫度的變化而改變；某些材料的電阻率會隨溫度的升高而變大(如金屬材料)；某些材料的電阻率會隨溫度的升高而減小(如半導(dǎo)體材料、絕緣體等)；而某些材料的電阻率隨溫度變化極小(如康銅合金材料)。


實(shí)例探究


電阻定律的應(yīng)用


【例1】一段均勻?qū)Ь€對折兩次后并聯(lián)在一起，測得其電阻為0.5 Ω，導(dǎo)線原來的電阻多大？若把這根導(dǎo)線的一半均勻拉長為三倍，另一半不變，其電阻是原來的多少倍？


答案：8 Ω 5倍


解析：一段導(dǎo)線對折兩次后，變成四段相同的導(dǎo)線，并聯(lián)后的總電阻為0.5 Ω，設(shè)每段導(dǎo)線的電阻為R，則eq \f(R,4)＝0.5 Ω，R＝2 Ω，所以導(dǎo)線原來的電阻為4R＝8 Ω。


若把這根導(dǎo)線的一半均勻拉長為原來的3倍，則這一半的電阻變?yōu)? Ω×9＝36 Ω，另一半的電阻為4 Ω，所以拉長后的總電阻為40 Ω，是原來的5倍。


綜合應(yīng)用


【例2】在相距40 km的A、B兩地架兩條輸電線，電阻共為800 Ω，如果在A、B間的某處發(fā)生短路，這時接在A處的電壓表示數(shù)為10 V，電流表的示數(shù)為40 mA，求發(fā)生短路處距A處有多遠(yuǎn)？如下圖所示。





解析：設(shè)發(fā)生短路處距離A處有x米，據(jù)題意知，A、B兩地間的距離l＝40 km，電壓表的示數(shù)U＝10 V，電流表的示數(shù)I＝40 mA＝40×10－3 A，R總＝800 Ω。


根據(jù)歐姆定律I＝eq \f(U,R)可得：A端到短路處的兩根輸電線的電阻


Rx＝eq \f(U,I)＝eq \f(10,40×10－3) Ω＝250 Ω①


根據(jù)電阻定律可知：


Rx＝ρeq \f(2x,S)②


A、B兩地輸電線的電阻為R總＝ρeq \f(2l,S)③


由②/③得eq \f(Rx,R總)＝eq \f(x,l)④


解得x＝eq \f(Rx,R總)l＝eq \f(250,800)×40 km＝12.5 km。


eq \(\s\up7(),\s\d5(備課資料))


“超導(dǎo)”——電阻被遺忘的角落


1911年荷蘭物理學(xué)家昂納斯發(fā)現(xiàn)，汞的電阻在4.2 K左右低溫時急劇下降，以致完全消失。1913年他在一篇論文中首次以“超導(dǎo)電性”一詞來表達(dá)這一現(xiàn)象?！俺瑢?dǎo)電性”現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)之后，引起各國科學(xué)家的關(guān)注，并寄予很大期望。通過研究人們發(fā)現(xiàn)：所有超導(dǎo)物質(zhì)，如鈦、鋅、鈁、汞等，當(dāng)溫度降至臨界溫度時，皆顯出某些共同特征：


(1)電阻為零，一個超導(dǎo)體環(huán)移去電源之后，還能保持原有電流。有人做過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)環(huán)中的電流持續(xù)了兩年半而無顯著衰減。


(2)完全執(zhí)磁性，這一現(xiàn)象由德國物理學(xué)家邁斯納發(fā)現(xiàn)，只要超導(dǎo)材料進(jìn)入超導(dǎo)狀態(tài)，便可把磁感線排斥體外，其體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是零。(邁斯納效應(yīng))


電阻突然變?yōu)榱銜r的溫度稱為臨界溫度，經(jīng)世界各國物理學(xué)家的共同努力，現(xiàn)在臨界溫度已提高到100 K以上。高溫超導(dǎo)材料的不斷問世，為超導(dǎo)材料從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。其應(yīng)用是多方面的，現(xiàn)僅列舉如下：超導(dǎo)輸電線路：它可以把電力幾乎無損耗地輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，大量的電能損耗在輸電線路上，光是我國，每年的電力損失即達(dá)1 000多億度。若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省電能相當(dāng)于新建數(shù)十個大型發(fā)電廠。超導(dǎo)磁懸浮列車：是一種安全、無公害、舒適、高速的新型交通工具。乘磁懸浮列車從北京到天津約七分鐘。此外超導(dǎo)計算機(jī)、超導(dǎo)儲能系統(tǒng)、超導(dǎo)武器(電磁炮、陀螺儀)等，也都顯現(xiàn)出極好前景。


2000年11月我國成功地研制第一根長116 m、寬3.6 mm、厚度為0.28 mm的高溫超導(dǎo)帶。它主要用作輸電電纜。由高溫超導(dǎo)長帶做成的輸電電纜，輸電損耗幾乎為零，可極大地降低輸電成本。


材料
ρ/Ω·m
材料
ρ/Ω·m
銀
1.6×10－8
鐵
1.0×10－7
銅
1.7×10－8
錳銅合金
4.4×10－7
鋁
2.9×10－8
鎳銅合金
5.0×10－7
鎢
5.3×10－8
鎳鉻合金
1.0×10－6

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